用于360度攝像機系統(tǒng)的校準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于360度攝像機系統(tǒng)的校準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年4月8日提交的、第61/809，602號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，并通過引用將該申請整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明屬于攝像機系統(tǒng)校準(zhǔn)的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及裝配多個攝像機，然后校準(zhǔn)全部的攝像機以確保這些攝像機適當(dāng)?shù)乇舜藢R，從而可以將這些攝像機整合成攝像機系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]包括多個攝像機的攝像機系統(tǒng)在諸如監(jiān)控、會議和汽車的領(lǐng)域中很有用。通常，每個都覆蓋視角空間的一些攝像機提供單獨的圖像，然后，這些單獨的圖像被組合成全景圖。通常需要校準(zhǔn)以適當(dāng)?shù)貙R攝像機來形成整合系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在第一方面，描述了一種校準(zhǔn)具有多個攝像機的360度攝像機系統(tǒng)的方法，該方法包括:將360度攝像機系統(tǒng)放置在第一位置處；將基準(zhǔn)帶放置在相應(yīng)的附加位置處，每個附加位置均與第一位置等距，并且每個附加位置均對應(yīng)于360度攝像機系統(tǒng)的兩個相鄰攝像機之間的視角交叉處；調(diào)整360度攝像機系統(tǒng)的高度，以使得攝像機高度等于基準(zhǔn)帶的中央；利用攝像機中的每個成像捕獲基準(zhǔn)帶中的兩個的成像數(shù)據(jù)；矯直在由多個攝像機中的第一攝像機捕獲的圖像數(shù)據(jù)內(nèi)成像基準(zhǔn)帶；以及使由第一攝像機成像的、成像基準(zhǔn)帶與由和第一攝像機相鄰的每個攝像機捕獲的、成像基準(zhǔn)帶相匹配。
[0006]在第二方面，描述了一種用于校準(zhǔn)具有多個攝像機的360度攝像機系統(tǒng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:永久存儲器，包括用于存儲由多個攝像機中的每個攝像機捕獲的圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，圖像數(shù)據(jù)包括成像基準(zhǔn)帶；處理器；多個基準(zhǔn)帶；以及校準(zhǔn)軟件，作為可由處理器執(zhí)行的計算機可讀指令存儲在存儲器內(nèi)，校準(zhǔn)軟件配置為:分析圖像數(shù)據(jù)以矯直在由多個攝像機中的每個捕獲的成像數(shù)據(jù)內(nèi)的、成像基準(zhǔn)帶，以及分析圖像數(shù)據(jù)以使由多個攝像機中的第一攝像機成像的、成像基準(zhǔn)帶與由多個攝像機中的、鄰近于第一攝像機的另一攝像機成像的、成像基準(zhǔn)帶相匹配。
【附圖說明】
[0007]圖1示出了在一個實施方式中用于提供周圍景象的360度圖像的示例性攝像機系統(tǒng)以及用于校準(zhǔn)該攝像機系統(tǒng)的校準(zhǔn)系統(tǒng)。
[0008]圖2示出了在一個實施方式中用于校準(zhǔn)圖1中的360度攝像機系統(tǒng)的示例性點陣圖。
[0009]圖3示出了圖2中的點陣圖的示例性成像景象，其中使用的廣角鏡頭產(chǎn)生了失真圖像。
[0010]圖4示出了在一個實施方式中用于執(zhí)行360度攝像機系統(tǒng)校準(zhǔn)的第一校準(zhǔn)的方法的流程圖。
[0011]圖5示出了用于校準(zhǔn)360度攝像機系統(tǒng)的攝像機的、基準(zhǔn)帶的示例性靶心組件。
[0012]圖6示出了用于校準(zhǔn)360度攝像機系統(tǒng)的攝像機的基準(zhǔn)帶的示例性圓點組件。
[0013]圖7示出了在一個實施方式中用于校準(zhǔn)360度攝像機系統(tǒng)的攝像機的、具有圖5中的靶心組件以及圖6中的圓點組件的示例性基準(zhǔn)帶700。
[0014]圖8示出了在一個實施方式中用于利用一個或多個圖7中的基準(zhǔn)帶校準(zhǔn)360度攝像機系統(tǒng)的示例性方法。
[0015]圖9示出了在一個實施方式中用于實現(xiàn)圖8中的方法的、360度攝像機系統(tǒng)的示例性配置的俯視圖。
[0016]圖10示出了在一個實施方式中的示例性激光打印向?qū)А?br>[0017]圖11示出了在一個實施方式中通過在具有左基準(zhǔn)帶和右基準(zhǔn)帶的360度攝像機系統(tǒng)內(nèi)的攝像機成像的示例性圖像數(shù)據(jù)。
[0018]圖12示出了示例性方法，該示例性方法更詳細地詳述了圖8中的方法的校正步驟。
[0019]圖13示出了在俯仰對準(zhǔn)前的、包括左基準(zhǔn)帶和右基準(zhǔn)帶的成像景象。
[0020]圖14示出了在俯仰對準(zhǔn)后的、包括左基準(zhǔn)帶和右基準(zhǔn)帶的成像景象。
[0021]圖15示出了在旁向傾角對準(zhǔn)校正前的、包括左基準(zhǔn)帶和右基準(zhǔn)帶的成像景象。
[0022]圖16示出了在旁向傾角對準(zhǔn)校正后的、包括左基準(zhǔn)帶和右基準(zhǔn)帶的成像景象。
[0023]圖17示出了在像片旋角對準(zhǔn)校正前的、包括左基準(zhǔn)帶和右基準(zhǔn)帶的成像景象。
[0024]圖18示出了在像片旋角對準(zhǔn)校正后的、包括左基準(zhǔn)帶和右基準(zhǔn)帶的成像景象。
[0025]圖19示出了示例性方法，該示例性方法更詳細地詳述了圖8中的方法的基準(zhǔn)帶匹配步驟。
[0026]圖20示出了在縮放校正前的、包括左基準(zhǔn)帶和右基準(zhǔn)帶的成像景象。
[0027]圖21示出了在縮放校正后的、包括左基準(zhǔn)帶和右基準(zhǔn)帶的成像景象。
[0028]圖22示出了包括用于圖1的360度攝像機系統(tǒng)的、中心攝像機的校準(zhǔn)的示例性成像景象。
[0029]圖23示出了包括用于圖1的360度攝像機系統(tǒng)的左側(cè)攝像機的校準(zhǔn)的示例性成像景象。
[0030]圖24示出了包括用于圖1的360度攝像機系統(tǒng)的右側(cè)攝像機的校準(zhǔn)的示例性成像景象。
【具體實施方式】
[0031]可以通過參照結(jié)合以下簡要描述的附圖所作出的以下詳細說明來理解本公開。應(yīng)注意的是，為了清楚地說明，附圖中的某些元件可能未按比例繪制。物品的具體實例可以通過使用括號中的數(shù)字來指代(例如，照攝像機102(1))，而沒有括號的數(shù)字指代任何這樣的物品(例如圓點202)。
[0032]圖1示出了在一個實施方式中用于提供周圍景象的360度圖像的示例性攝像機系統(tǒng)100以及用于校準(zhǔn)攝像機系統(tǒng)100的校準(zhǔn)系統(tǒng)110。攝像機系統(tǒng)100包括例如三個攝像機102，每個攝像機102都具有130度的視角104 (如由虛線所指示的)。應(yīng)理解的是，每個攝像機102的視角104都是說明性的，并且每個攝像機都可以具有比所描述的視角大或者小的視角?？深A(yù)期的是，360度攝像機系統(tǒng)會具有大于或等于360度的總視角。然而，視角可以小于360度而不脫離本文的范圍。另外，如果對于全部的三個攝像機的總視角是至少360度，那么對于每個攝像機，視角可以不同。
[0033]所有攝像機102均定位在相同水平面(即，平行于由圖1限定的平面的平面)上，其中，每個攝像機102都向外對準(zhǔn)且遠離其他兩個攝像機102。由于每個攝像機的視角都是130度，所以在攝像機的觀察區(qū)域之間存在一定量的重疊。需要這樣的重疊以便將由這些攝像機產(chǎn)生的圖像拼接在一起來產(chǎn)生最終的360度全景圖。雖然圖1示出了三攝像機系統(tǒng)，但是應(yīng)理解的是，包括超過三個攝像機的攝像機系統(tǒng)也會以類似方式運作。
[0034]在將攝像機102設(shè)置在水平面后，會校準(zhǔn)攝像機102，以使得攝像機102之后能夠形成整合的攝像機系統(tǒng)100。校準(zhǔn)系統(tǒng)110包括存儲器112和校準(zhǔn)軟件118，其中，存儲器112存儲從輸入端116接收的圖像數(shù)據(jù)114，校準(zhǔn)軟件118用于分析圖像數(shù)據(jù)114以確定用于攝像機102中的每個的校準(zhǔn)設(shè)置。軟件118包括機器可讀指令，該機器可讀指令存儲在存儲器112內(nèi)，并且可由處理器120執(zhí)行以生成校準(zhǔn)設(shè)置122，并經(jīng)由輸出端124輸出校準(zhǔn)設(shè)置122。需要兩個主要的校準(zhǔn)步驟。第一步驟，用點陣圖校準(zhǔn)每個攝像機，以便校正由獨立攝像機內(nèi)的廣角鏡頭引起的圖像失真。第二步驟，用基準(zhǔn)帶校準(zhǔn)每個攝像機，以便校正俯仰、旁向傾角、像片旋角以及存在于獨立的攝像機之間的縮放差異和移位差異。
[0035]圖2描述了在一個實施方式中用于校準(zhǔn)圖1中的360度攝像機系統(tǒng)100的示例性點陣圖200。點陣圖200包括均勻間隔開的圓點202的行列矩陣。為了清楚地說明，在圖2中沒有對所有圓點進行標(biāo)號。點陣圖200對校正由在獨立攝像機內(nèi)存在的廣角鏡頭而引起的圖像失真很有用。
[0036]圖3描述了圖2中的點陣圖200的示例性成像景象，其中，廣角鏡頭的使用產(chǎn)生了失真圖像300。與圖2相比，在圖3中圓點302之間的距離“D”不是均勻地間隔開的。圖2與圖3之間的對比慮及由用于拍攝圖200的廣角鏡頭引起的失真量的計算，以使得通過攝像機(例如攝像機系統(tǒng)100)在校準(zhǔn)后輸出的最終圖像是校正后的，且因此是無失真的。更具體地，在各個圓點位置處的失真量均通過對比圖2和圖3進行量化，然后將這種失真量輸入到攝像機系